CN111603939A - 一种用于浓缩有机溶剂的***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种用于浓缩有机溶剂的***及方法，包括正渗透组件及浓缩渗透组件；正渗透组件包括具有耐有机溶剂功能的正渗透膜、设置于正渗透膜原料侧的原料侧输入端及原料侧输出端、设置于正渗透膜渗透侧的渗透侧输出端及渗透侧输入端，在原料侧输入端上输入待浓缩的有机溶剂，原料侧输出端输出浓缩后的有机溶剂，渗透侧输出端将输出的稀释后的提取液输入至浓缩渗透组件内，浓缩渗透组件将浓缩后的提取液输入至渗透输入端。通过正渗透膜对有机溶剂的浓缩，并通过提取液提取有机溶剂的水分，同时对提取液进行浓缩实现循环使用。只需将原料泵入至正渗透膜即可进行分离，实现对有机溶剂的浓缩且易清洗；该***与方法的使用，能耗极低、提高使用的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及有机溶剂浓缩技术领域，尤其是涉及一种用于浓缩有机溶剂的***及方法。
背景技术
有机溶剂浓缩工艺有高温热蒸发法、高压纳滤或高压反渗透方法三种方法，目前普通采用的为高温热蒸发法，利用不同组份的蒸发温度不同，实现浓缩提纯，上述方法工艺能耗高，***复杂，设备投入高，而且高温工艺存在一定的安全隐患设备投资成本昂贵，并且耗能高。
正渗透(FO)与传统外压驱动的膜技术(如反渗透RO和纳滤NF)不同，FO是仅靠渗透压驱动的自然渗透过程，无需外加压力，能耗极低，且污染后的正渗透膜易清洗，使用寿命长，运行成本低。目前正渗透技术已应用于食品、医药、精细化工等特种物料分离生产工艺和垃圾渗滤液、工业高难废水等处理，具有显著的技术优势和经济效益。
目前，需要一种能够降低能耗与成本的有机溶剂的浓缩方式。
发明内容
为了实现上述目的，提供一种用于浓缩有机溶剂的***及方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种用于浓缩有机溶剂的***，其特征在于，该***包括正渗透组件及浓缩渗透组件，所述的正渗透组件用于浓缩有机溶剂，所述的浓缩渗透组件用浓缩提取液；所述的正渗透组件包括具有耐有机溶剂功能的正渗透膜、设置于正渗透膜原料侧的原料侧输入端及原料侧输出端、设置于正渗透膜渗透侧的渗透侧输出端及渗透侧输入端，在所述的原料侧输入端上输入待浓缩的有机溶剂，所述的原料侧输出端输出浓缩后的有机溶剂，所述的渗透侧输出端将输出的稀释后的提取液输入至浓缩渗透组件内，所述的浓缩渗透组件将浓缩后的提取液输入至渗透输入端，所述的浓缩渗透组件分离后的水输出。
进一步具体的，所述的浓缩渗透组件通过高压反渗透对提取液进行浓缩。
进一步具体的，所述的浓缩渗透组件包括用于浓缩提取液的反渗透膜、设置于反渗透膜提取液侧的提取侧输入端及提取侧输出端、设置于反渗透膜渗透侧的分离输出端，所述的提取侧输入端与渗透侧输出端连通，所述的提取侧输出端与渗透侧输入端连通；在所述的提取侧输入端处设置增压装置。
进一步具体的，所述的浓缩渗透组件采用电渗析技术对提取液进行浓缩。
进一步具体的，在所述的原料侧输入端与原料侧输出端连接有原料液桶；在所述的渗透输入端、渗透输出端、提取侧输入端及提取侧输出端连接有提取液桶，在所述的分离输出端连接有纯水回收桶。
进一步具体的，所述的原料侧输入端连接有原料液桶，所述的原料侧输出端连接有浓缩有机溶液桶，所述的渗透输入端与提取侧输出端之间连接有浓缩提取液桶，所述的渗透输出端与提取侧输入端之间连接有稀释提取液桶。
一种用于浓缩有机溶剂的方法，其步骤为，
a)有机溶液的浓缩，将低浓度的有机溶剂通入至耐有机溶剂的正渗透膜一侧，提取液通入正渗透膜的另一侧，由正渗透膜两侧的浓度差作为驱动力，有机溶剂的水分子通过正渗透膜进行提取液内，有机溶剂变为高浓度；
b)提取液的浓缩，高浓度的提取液经过正渗透膜后变为低浓度的提取液，低浓度的提取液通过高压反渗透或者电渗析的方式变为高浓度的提取液，高浓度的提取液返回正渗透膜继续使用。
进一步具体的，在所述的步骤b)中高压反渗透的方式为将低浓度的提取液通入至反渗透膜一侧，通过增加压力将低浓度的提取液内的水分子通过反渗透膜后的另一侧排出，提取液变为高浓度，高浓度的提取液继续通入正渗透膜。
进一步具体的，所述的正渗透膜选用在提取液为1M的NaCl溶液下对5％的DMF的有机溶剂进行浓缩，正渗透膜的水通量为1-10L/m2/hr，反向盐通量0.1-5g/m2/hr，有机溶剂的截留率大于80％的渗透膜。
本发明的有益效果是：通过采用耐有机溶剂的正渗透膜的自然渗透的功能，只需将原料泵入至正渗透膜即可进行分离，能够实现对有机溶剂的浓缩并且正渗透膜易清洗；而提取液通过高压反渗透或电渗析的方式可以实现回收利用；该***与方法的使用，能耗极低、正渗透膜易清洗、结构简单、使用方便且不存在高温安全隐患，提高使用的安全性。
附图说明
图1是本发明用于浓缩有机溶剂的***结构示意图；
图2是本发明小批量生产的***结构示意图；
图3是本发明大批量连续生产的***结构示意图。
图中：1、正渗透膜；2、反渗透膜；3、原料液桶；4、提取液桶；5、纯水回收桶；6、增压装置；7、浓缩提取液桶；8、浓缩有机溶剂桶；9、稀释提取液桶；11、原料侧输入端；12、原料侧输出端；13、渗透侧输出端；14、渗透侧输入端；21、提取侧输入端；22、提取侧输出端；23、分离输出端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。
由于目前的渗透膜不耐受有机溶剂，限制了有机溶剂浓缩的方式，而在本方案中采用具有耐受有机溶剂功能的膜材料制作而成的正渗透膜；以5％的DMF(二甲基甲酰胺)的水溶液进行浓缩，同时提取液为1M的NaCl溶液为例，该正渗透膜的水通量为1-10L/m2/hr，反向盐通量0.1-5g/m2/hr，有机溶剂的截留率大于80％。
基于上述正渗透膜，设计一种用于有机溶剂的方法，该方法的步骤为，
a)有机溶液的浓缩，将低浓度的有机溶剂通入至正渗透膜1一侧，提取液通入正渗透膜1的另一侧，该处的提取液的浓度大于有机溶剂的浓度，其目的是为了使得正渗透膜1的两侧出现浓度差，并采用该浓度差作为驱动力，正渗透膜1只能使得有机溶剂内的水分子通过，有机溶剂的水分子通过正渗透膜1后进入提取液内，此时有机溶剂内的水分减少变为高浓度的有机溶剂，而提取液内的水分增加变为低浓度的提取液。
b)提取液的浓缩，低浓度的提取液通过高压反渗透或者电渗析的方式变为高浓度的提取液，在此处低浓度的提取液内的水分子被提取出来，此时提取液变为高浓度并返回正渗透膜1继续使用，而被分离出来的水分可直接排出。
电渗析的方式通过离子交换膜实现，在离子交换膜的离子迁移过程中，若膜的固定电荷与离子的电荷相反，则离子可以通过，如果它们的电荷相同，则离子被排斥，以此方式从而实现提取液的浓缩。
在本方案中，提取液的浓缩采用高压反渗透的方式进行提取，将低浓度的提取液通入至反渗透膜2一侧，通过增加压力将低浓度的提取液内的水分子通过反渗透膜2后的另一侧排出，提取液变为高浓度。
如图1所示基于上述方法设计一种用于浓缩有机溶剂的***，该***包括用于浓缩有机溶剂的正渗透组件及用于浓缩提取液的浓缩渗透组件，所述的正渗透组件包括具有耐有机溶剂功能的正渗透膜1、设置于正渗透膜1原料侧的原料侧输入端11及原料侧输出端12、设置于正渗透膜1渗透侧的渗透侧输出端13及渗透侧输入端14，在所述的原料侧输入端11上输入待浓缩的有机溶剂，所述的原料侧输出端12输出浓缩后的有机溶剂，所述的渗透侧输出端13将输出的稀释后的提取液输入至浓缩渗透组件内，所述的浓缩渗透组件将浓缩后的提取液输入至渗透侧输入端14，所述的浓缩渗透组件分离后的水输出。
本方案中采用高压反渗透的方式设计浓缩渗透组件，所述的浓缩渗透组件包括用于浓缩提取液的反渗透膜2、设置于反渗透膜2提取液侧的提取侧输入端21及提取侧输出端22、设置于反渗透膜2渗透侧的分离输出端23，所述的提取侧输入端21与渗透侧输出端13连通，所述的提取侧输出端22与渗透侧输入端14连通；在所述的提取侧输入端21处设置增压装置6，增压装置6用于将提取液作用于反渗透膜2上的压力增加，方便快速进行分离。
基于上述结构，该***可以有两种结构方式，分别适合小批量生产或者大批量连续生产。
如图2所示当有机溶剂为小批量生产时，在所述的原料侧输入端11与原料侧输出端12连接有原料液桶3，该原料液桶3同时连接原料侧输入端11、原料侧输出端12；在所述的渗透输入端14、渗透输出端13、提取侧输入端21及提取侧输出端22连接有提取液桶4，该提取液桶4同时连接渗透输入端14、渗透输出端13、提取侧输入端21及提取侧输出端22，在所述的分离输出端23连接有纯水回收桶5；该处的小批量生产为一次性生产，在使用时，只需在原料液桶3***原料侧输入端11与原料侧输出端12后，并通过泵将原料液输送至正渗透膜1处，计时计量可通过流量控制阀实现；该***循环完成之后实现对有机溶剂的浓缩，浓缩后的有机溶剂仍然存储在该原料液桶3内，相应的提取液桶4内的提取液也在进行循环使用，提取液也通过泵进行输送，同时通过流量控制阀进行计时计量。
如图3所示当有机溶剂为大批量连续生产时，所述的原料侧输入端11连接有原料液桶3，所述的原料侧输出端12连接有浓缩有机溶剂桶8，所述的渗透输入端14与提取侧输出端22之间连接有浓缩提取液桶7，所述的渗透输出端13与提取侧输入端21之间连接有稀释提取液桶9，在进行大批量连续生产时，使得各个桶内的液体不会混合，在该处的计时计量采用流量电磁阀控制，并采用泵将原料液送至正渗透膜1处，将提取液送至反渗透膜2处。
综上，通过上述方法与***的使用，通过正渗透膜1的特点只需将原料泵入至正渗透膜即可进行分离，能够减少能耗，降低成本；通过对提取液的浓度进行浓缩，使得提取液能够实现反复使用，节省提取液；同时这套***可以连续使用，使用较为简单方便，提高生产效率；同时，不再采用高温热蒸发法，能够减少高温风险，提高生产安全性。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种用于浓缩有机溶剂的***，其特征在于，该***包括正渗透组件及浓缩渗透组件，所述的正渗透组件用于浓缩有机溶剂，所述的浓缩渗透组件用浓缩提取液；所述的正渗透组件包括具有耐有机溶剂功能的正渗透膜(1)、设置于正渗透膜(1)原料侧的原料侧输入端(11)及原料侧输出端(12)、设置于正渗透膜(1)渗透侧的渗透侧输出端(13)及渗透侧输入端(14)，在所述的原料侧输入端(11)上输入待浓缩的有机溶剂，所述的原料侧输出端(12)输出浓缩后的有机溶剂，所述的渗透侧输出端(13)将输出的稀释后的提取液输入至浓缩渗透组件内，所述的浓缩渗透组件将浓缩后的提取液输入至渗透输入端(14)，所述的浓缩渗透组件分离后的水输出。
2.根据权利要求1所述的用于浓缩有机溶剂的***，其特征在于，所述的浓缩渗透组件通过高压反渗透对提取液进行浓缩。
3.根据权利要求2所述的用于浓缩有机溶剂的***，其特征在于，所述的浓缩渗透组件包括用于浓缩提取液的反渗透膜(2)、设置于反渗透膜(2)提取液侧的提取侧输入端(21)及提取侧输出端(22)、设置于反渗透膜(2)渗透侧的分离输出端(23)，所述的提取侧输入端(21)与渗透侧输出端(13)连通，所述的提取侧输出端(22)与渗透侧输入端(14)连通；在所述的提取侧输入端(21)处设置增压装置(6)。
4.根据权利要求3所述的用于浓缩有机溶剂的***，其特征在于，所述的浓缩渗透组件采用电渗析技术对提取液进行浓缩。
5.根据权利要求3所述的用于浓缩有机溶剂的***，其特征在于，在所述的原料侧输入端(11)与原料侧输出端(12)连接有原料液桶(3)；在所述的渗透输入端(14)、渗透输出端(13)、提取侧输入端(21)及提取侧输出端(22)连接有提取液桶(4)，在所述的分离输出端(23)连接有纯水回收桶(5)。
6.根据权利要求3所述的用于浓缩有机溶剂的***，其特征在于，所述的原料侧输入端(11)连接有原料液桶(3)，所述的原料侧输出端(12)连接有浓缩有机溶液桶(8)，所述的渗透输入端(14)与提取侧输出端(22)之间连接有浓缩提取液桶(7)，所述的渗透输出端(13)与提取侧输入端(21)之间连接有稀释提取液桶(9)。
7.一种用于浓缩有机溶剂的方法，其特征在于，其步骤为，
a)有机溶液的浓缩，将低浓度的有机溶剂通入至耐有机溶剂的正渗透膜(1)一侧，提取液通入正渗透膜(1)的另一侧，由正渗透膜(1)两侧的浓度差作为驱动力，有机溶剂的水分子通过正渗透膜(1)进行提取液内，有机溶剂变为高浓度；
b)提取液的浓缩，高浓度的提取液经过正渗透膜(1)后变为低浓度的提取液，低浓度的提取液通过高压反渗透或者电渗析的方式变为高浓度的提取液，高浓度的提取液返回正渗透膜(1)继续使用。
8.根据权利要求7所述的用于浓度有机溶剂的方法，其特征在于，在所述的步骤b)中高压反渗透的方式为将低浓度的提取液通入至反渗透膜(2)一侧，通过增加压力将低浓度的提取液内的水分子通过反渗透膜(2)后的另一侧排出，提取液变为高浓度，高浓度的提取液继续通入正渗透膜(1)。
9.根据权利要求7所述的用于浓度有机溶剂的方法，其特征在于，所述的正渗透膜(1)选用在提取液为1M的NaCl溶液下对5％的DMF的有机溶剂进行浓缩，正渗透膜的水通量为1-10L/m2/hr，反向盐通量0.1-5g/m2/hr，有机溶剂的截留率大于80％的渗透膜。
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